在生物制药行业建立更高效、更灵活的工艺的一个可能解决方案是过渡到连续集成式生产，其可以实现生产力、产品质量和一致性的提高，同时大幅降低工厂占地面积和生产成本。连续生物工艺通过各单元操作之间的连续物料液流，以便在稳定状态下，只要操作运行，就可以生产出质量一致的产品。

许多行业，如化工、食品和制药，长期以来一直采用连续生产，但其在生物技术领域，特别是生物治疗药物方面的实施仍然较为落后。Walther等人对集成式连续生物生产平台进行了经济性分析，并得出这样的结论，与传统的批次工艺相比，它可以将成本降低 55%，证明了实施用于生产重组蛋白的连续生物工艺的前景。因此，学术界和工业界对开发连续工艺系统的兴趣日益浓厚。一个例子是正在进行的生物药连续下游工艺项目 - CODOBIO（2018-2022），该研究项目的主要目标是应对未来向连续下游工艺过渡的挑战，在生物制药行业中实施创新的集成式连续生产。

集成式连续生物生产 (ICB) 会议旨在汇集学术界和行业同行，共同阐明生物工艺的最新进展和发现，这可能有助于实现连续端到端工艺的“圣杯”和真正的实时放行。2019 年在Cape Cod（美国马萨诸塞州）举行的第四届会议 (ICB IV) 中，一个名为“针对 ICB 的高通量方法”的研讨会汇集了不同背景的参与者（图 1）。研讨会旨在引发多项讨论，包括在高通量 (HT) 技术中存在哪些可感知的差距，工艺开发、ICB 当前的需求是什么、主要问题和相应的预期解决方案，以及目前正在进行的、旨在实现连续生物生产的研究。

该研讨会共有 73 名参与者（其中绝大多数来自行业），旨在收集有关生物制药领域向连续生产转变的观点以及仍然需要哪些最新数据，目的就是让这个行业更接近这个目标。与会者被要求与来自不同背景和隶属关系的同行分开和混合。这旨在实现各组之间更多样化的讨论，并在发布答案时，达成更需要的共识。总体而言，八组中有六组在从属关系方面混合在一起，并且也可以实现良好的背景混合（图 1c）。

尽管当前生物制药生产的趋势是逐步从批次工艺转向集成式连续工艺策略，但要以连续模式执行该工艺，将不同单元操作集成到一个生产和纯化系列中是最终目标，除了每个单元操作职位，还包括循环液流的能力以及根据工艺要求清除杂质的能力。此外，分析技术必须提供每个生物生产步骤的实时信息，以获得对整个工艺过程的了解和控制。

图 1. 研讨会参与者背景：(a) 参与者工作的领域：行业、学术界或监管机构；(b) 参与者工作的职能/部门：USP，上游工艺；DSP，下游工艺；工艺开发，涉及 USP 和 DSP 功能；以及分析。(c) 研讨会期间形成的八个小组的描述性构成，根据每个参与者的领域/职能区分。

因此，本白皮书将讨论不同单元操作中HTPD的主要差距、生物制药连续生产中存在的集成问题以及克服这些挑战的现有工具。通过介绍几种成熟技术的最新进展，本文旨在阐明用于工艺开发的新兴工具，以实现并加速向连续工艺的转变。

研讨会成果

在确定了 HTPD 的最新技术之后，可以确定当前用于连续生物生产的HTPD的差距。在图 2 中，显示了参与者认为的在 HTPD方面存在重大差距的单元操作/系统组件：每个组都一致确认首先是细胞培养，然后是过滤单元操作以及当前用于连续工艺的分析工具。一些小组还指出了在细胞培养基开发、病毒灭活、层析和其它单元操作（如离心和水两相萃取）方面的潜在差距。

细胞培养多年来一直受到业界的关注，正在开发更高滴度的菌株。已经有可用于细胞培养的 HTPD 的设备，但是，这种系统的价格很高，这将进一步讨论，这使得所有群体都认为它是一个存在重大差距的领域。

相反，在 HTPD 方面，过滤一直是一个被忽视的单元操作。许多研究人员将精力集中在层析的优化上，很可能是因为它是最昂贵的单元操作之一。当涉及到高通量替代品时，过滤步骤已经落后了。尽管批次过滤步骤可以很容易地在连续工艺中实施，但由于缺乏规模缩小的模型，这些步骤的优化可能会变得昂贵，并且需要大量投资来寻找所需的最佳操作条件。

图 2 研讨会参与者指出的集成式连续生物生产 (ICB) 高通量 (HT) 开发的主要差距

因此，通常在设备尺寸过大或花费大量资金来优化该单元操作之间存在折衷。然而，Fernandez-Cerezo 等（2019）人最近开展的研究对过滤装置使用了一种规模缩小方法，结合使用临界流态分析、建模和实验来预测中试规模系统的性能，因此，为该单元操作中的未来条件研究展示了一种可能的高通量工具.

关于在连续工艺中实施所需的分析工具，讨论指出的主要差距与样品数量和获取整个工艺信息所需的不同技术有关。此外，在 ICB 中使用的可用高通量分析工具方面仍然存在很大的局限性，特别是能够与高通量平台集成的技术数量有限。对此限制的一个可能解释与每种技术的冗长分析时间有关，这可能使其难以用于过程监测和控制。目前解决这些分析缺陷的趋势是创建近线传感器，它可以提供关于连续工艺的实时测量和数据，称为过程分析技术 (PAT)，这将在本文中进一步讨论。

连续生物生产的最新技术

研讨会参与者的任务是提出目前用于连续生物生产工艺开发的高通量技术。尽管某些单元操作比其它单元操作受到更多关注，但该活动的主要目标是了解在开发过程中主要使用的设备和工具是什么，以实现所需的、向连续操作的成功转变。已经就位的主要工具是用于液体处理的自动化系统，可以为特定的单元操作使用“量身定制”的装置，或者使用具有更广泛能力的设备，可以针对不同的用途进行微调。在表 1 中，总结了用于开发不同单元操作的 HTPD 工具的最新技术。

在过去几年中，使用液体处理站来确定细胞培养基开发和抗体纯化的最佳操作条件已被广受欢迎。Schmidt 等人开发的工作 (2016) 显示了对先前研究的改进，其开发了一个用于在自动两步层析纯化中纯化抗体的平台。RoboColumn高通量系统在一定条件下的流速方面存在限制，这影响了可获得的动态结合载量值，但结果与之前使用的 ÄKTA™ 系统相当。该平台过程允许每周纯化数百种单克隆抗体，即使在低进样浓度下也是如此。

就用于病毒灭活和除病毒的可用 HTPD 工具而言，尽管参与者表示在开发方面存在相当大的差距，但最近的研究已经证明了开发除病毒过滤器微型 HTPD 模型的潜力。Tang等人（2020）结合自动化液体处理系统，使用 96 孔滤板来评估其是否适合作为新型 HTPD 缩小模型。借助这些类型的工具，高通量除病毒过滤优化现在成为一种选择，可实现连续生物生产的快速工艺开发。此外，为了使这一重要步骤持续进行，已经模拟、设计并构建了几个实验室规模的病毒灭活系统模型：例如，Gillespie 等人 (2019) 测试了多个孵育舱设计，以允许实现狭窄的驻留时间分布；而Parker等人（2018）使用综合计算流体动力学模型创建了层流管式反应器。